Vorrichtung zum Schutze von elektrischen Stromkreisen gegen unzulässige Erwärmung. Es sind bereits Vorrichtungen zum Schutze, von elektrischen Stromkreisen -gegen unzulässige Erwärmung bekannt, bei wel chen das endgültige Abschalten des gefähr deten Stromkreises, nach Einleitung des Schaltvorganges durch einen unter dem Ein fluss einer Heizwicklung stehenden Tempera turschalter, mittelst einer Schmelzsicherung erfolgt.
Von diesen bekannten Vorrichtungen un terscheidet sich die den Erfindungsgegen stand bildende Schutzvorrichtung im wesent lichen dadurch, dass sie eine Mehrzahl von parallel .geschalteten Schmelzsicherungen ent hält, die je für sich höchstens die normale Dauerstromstärke, in ihrer Gesamtheit dage gen ein Vielfaches dieser Stromstärke ohne Abschaltung zu führen vermögen, und dass einem Teil dieser Schmelzsicherungen Tempe raturschalter vorgeschaltet sind, .die derart un ter dem Einfluss einer Heizwicklung stehen, dass sie bei Erwärmung der letzteren über eine vorherbestimmte Temperatur ausgelöst werden und .dadurch die Gesamtheit der Schmelzsicherungen soweit schwächen, dass der Stromkreis durch die verbliebenen Schmelzsicherungen abgeschaltet wird.
Durch diese Einrichtung ist ein betriebssicheres Ab schalten auch von sehr grossen Stromstärken möglich, insbesondere ist die Gefahr, :dass an den Temperaturschaltern Lichtbogen stehen bleiben, beseitigt.
Die parallel geschalteten Schmelzsiche rungen und ihre Heizspule können in- den Hauptstromkreis .des zu schützenden Strom kreises eingeschaltet sein, sie können "aber auch im Nebenschluss dazu liegen, in welche Falle ein weiterer, durch eine im zu schüt zenden Stromkreis eingeschaltete, vom Haupt strom durchflossene Heizspule, oder durch den Hauptstrom selbst beeinflusster Tempe raturschalter vorgesehen sein muss, der bei dem Eintritt einer unzulässigen Erwärmung den vollen Betriebsstrom durch den Neben schluss leitet.
Um den Stromkreis bei plötzlichen star ken Überlastungen, zum Beispiel bei Kurz schlüssen; abzuschalten, kann den Schmelz . sieherungen eine Schmelzpatrone vorgeschal tet sein. Damit bei Kurzschlüssen oder der gleichen nur die Schmelzpatrone und nicht zugleich auch die parallel geschalteten Schmelzsioherungen der Wärmeschutzvor richtung ansprechen, muss, wenn die parallel geschalteten Schmelzsicherungen im zu schüt zenden Stromkreis vom Hauptstrom durch flossen werden, die Gesamtheit der letzteren so bemessen sein, -dass sie eine grössere Strom stärke zu führen vermögen, als die Kurz- schlusspatrone.
Die parallel geschalteten S-chmelzsiehe- rungen und die Schmelz- oder Kurzschluss- patrone können gemeinsam in einem auf der Schalttafel, am Schaltbrett, in einem Schalt kasten oder dergleichen, angeordneten Siche rungselement untergebracht sein. Dabei kön nen die parallel geschalteten Schmelzsiche rungen, die Temperaturschalter und die Heiz- spule sich in .einem abschraubbaren Kopf des Elementes befinden, was eine besonders ein fache und schnelle Auswechslung gestattet.
Die Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsbeispiele .des Erfindungsgegen standes, und zwar zeigen: Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch ein erstes Beispiel, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A--A der Fig. 1, und Fig. 3 das zugehörige Schaltungsschema, Fig. 4 einen senkrechten Längsschnitt durch ein zweites Beispiel, Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie B-B der Fig. 4, Fig. 6 das Schaltungsschema für eine Kennvorrichtung,
Fig. 7 das Schaltungsschema eines dritten Beispiels.
In den Fig. 1 und 2 ist, 1 der Sockel eines an einer Schalttafel oder dergleichen zu befestigenden Sicherungselementes. Derselbe trägt an seiner Unterseite die beiden An schlussklemmen 2, 3, während in seinem In nern der von einem Passring 4 umgebende Fusskontakt 3 für eine in den Sockel einge setzte Sicherungspatrone, beispielsweise eine Diazedpatrone 6, sowie ein metallischer Ge- windering 7 zum Aufschrauben des Element kopfes 8 angeordnet sind. Der Fusskontakt 5 steht, wie üblich, mit der einen Klemme 2 in Verbindung, während der Gewindering 7 mit der andern Klemme 3 verbunden ist.
Der Kopf des Sicherungselementes enthält ein Gewinderohr 9 zum Einschrauben in den Gewindering 7, sowie einen Kopfkontakt 10 für die Patrone 6. Dieser Kopfkontakt ist durch den festen Kopf einer Schraube 11 gebildet, deren Schaft durch eine Längsboh rung des Elementkopfes nach oben und aussen geführt ist und. hier eine darauf verschraub bare Mutter 12 trägt. Diese Mutter dient nicht nur zur Befestigung des Kopfkontak tes 10, sondern gleichzeitig dazu, einen am Elementenkopf 8 angeordneten besondern Deckel 13 abnehmbar zu halten. Die Mutter 1.2 liegt dabei in einer .durch eine abnehm bare Blechkappe 1.1 verschlossenen Ausspa rung des Deckels 1.3.
Der Elementenkopf enthält an seiner Oberseite eine konzentrisch zum Schrauben schaft 11 angeordnete zylindrische Ausspa rung 15, die durch den abnehmbaren Deckel 13 abgeschlossen ist. In dieser Aussparung befindet sich eine den Schaft 11 umgebende Heizspule 16, deren inneres Ende am Schrau benschaft und deren äusseres. Ende an einem die Spule umgebenden Metallrohr 17 festge lötet ist. Diese Heizspule ist so ausgebildet, dass sie sich möglichst in genauer Überein stimmung mit dem zu schützenden Strom kreis, z. B. der 'Vicklung eines Lasthebe magnetes oder dergleichen, erwärmt. Der Elementenkopf 8 ist rings um die Ausspa rung 15 mit einer Mehrzahl von durchlau fenden Längskanälen 18 (im Beispiel fünf) versehen.
Letztere enthalten je eine als Schmelzdraht 19, 19a ausgebildete Schmelz sicherung. Diese fünf Schmelzdrähte sind mit ihrem untern Ende an einem Metallring 20 befestigt, der mit dem Gewinderohr 9 lei tend verbunden ist.. Das obere Ende des einen Schmelzdrahtes 19 ist. an einem Metallstrei fen 21 befestigt. der seinerseits mit dem .die Spule 16 umgebenden Metallrohr 17 mecha- niseh und elektrisch leitend in Verbindung steht.
Die obern Enden der Schmelzdrähte 19a sind dagegen mit in den obern Enden der zugehörigen Kanäle 18 befestigten Me tallbolzen 22 verbunden, auf welchen kleine Schalthebel 23 drehbar gelagert sind, die in Aussparungen 24 am obern Ende des Ele- mentenkopfes 8 sich befinden. Die Anord nung der Hebel 23 ist derart, dass sie sich auf den Bolzen 22 drehen können, ohne dass dadurch ihre leitende Verbindung mit dem Bolzen gestört wird. Gegebenenfalls können sie mit den Bolzen auch noch durch kleine, biegsame Litzchen verbunden sein.
Die Schalthebel 23 befinden sich in der in Fig. 2 gezeichneten Stellung, in welcher sie mit ihren freien Enden an dem die Heizspule 16 umgebenden Metallrohr 17 .anliegen, wobei sie an diesem Rohr mittelst einer bei einer vorher bestimmten Temperatur leicht schmel zenden Legierung fsstgelötet sind. Sie stehen unter dem Einfluss von Blattfedern 25, wel che bestrebt sind, die Hebel 23 in Richtung des Pfeils y (Fig. 2) zu drehen, woran sie aber durch das Festlöten der Hebel .gehindert sind.
Es sei beispielsweise angenommen, dass der zu schützende Stromkreis eine Strom stärke von 12 A dauernd auszuhalten ver mag, ohne .dass eine unzulässige Erwärmung eintritt. Dann werden die Schmelzdrähte 19, 19a, die sämtliche die gleiche Abschaltcha- rakteristik besitzen müssen, so bemessen, dass jeder derselben, ohne abzuschalten, für sich allein nur eine geringere Stromstärke als 12 A dauernd zu führen vermag, bei 12 A oder einer höheren Stromstärke je doch nach entsprechend längerer oder kür zerer Zeit schmilzt. Die Gesamtheit .der Schmelzdrähte 19, 19a hat also eine Ab schmelzstromstärke von 60 A.
Die P,at.rorie 6 wird dagegen, wie üblich, für eine Ab schmelzstromstärke von 25 A bemessen.
Die beschriebene Schutzvorrichtung wird in eine der beiden zum zu schützenden Ver braucher führenden Leitungen eingeschaltet. Der Strom fliesst von der Klemme 2 durch den Fusskontakt 5, die Schmelzsicherung 6 und den Kontakt 10 zur Heizspule 16. Nach dem er diese durchflossen hat, verteilt er sich durch den Metallstreifen 21, das Metall rohr 17 und die Schalthebel 28 auf die fünf parallel geschalteten Schmelzdrähte 19, 19a, um dann durch den Metallring 20, das Ge winderohr 9 und den Gewindering 7 zur an dern Klemme 3 zu fliessen.
Bei der normalen Betriebsstromstärke von 12 A., sowie bei den beim Einschalten von Motoren mit hohen Anfahrtsstromstössen, zum Beispiel Dreh stromkurzschlussankermotoren und von Dreh strombremsmagneten und dergleichen, auftre tenden kurzzeitigen Überlastungen bleibt die Schutzvorrichtung unbeeinflusst. Steigt je doch aus andern Gründen, zum Beispiel bei Kurzschlüssen, die Stromstärke über 25 A., so schmilzt die Patrone 6 durch und schaltet so den gefährdeten Stromkreis ab, ohne dass die Schmelzdrähte 19, 19a und die Heizspule 16 der Wärmeschutzvorrichtung zum Anspr.e.- chen gelangen.
Diese Teile der Vorrichtung treten vielmehr dann in Tätigkeit, wenn in folge von länger andauernder, verhältnismässig geringen Überlastungen oder infolge von ho hen, kurzzeitigen Überlastungen bei betriebs warmem Stromverbraucher, welche Über lastungen auf die Schmelzpatrone 6 keinen Einfluss haben, eine unzulässige Erwärmung des zu schützenden Verbrauchers eintritt. Dann findet nämlich gleichzeitig auch. eine Erwärmung der Heizspule 16 über die für den Stromkreis zulässige Höchsttemperatur statt, -was das Auflöten der Lötstellen der Schalter 23 und damit das Öffnen ,dieser Schalter zur Folge hat.
Da infolge der unvermeidlichen kleinen Verschiedenheiten in der Menge des an -jeder Stelle vorhandenen Lötmetalles und der Kraft der einzelnen Öffnungsfedern 25 niemals sämtliche Schalter gleichzeitig frei gegeben werden, so- werden die Schmelzsiche rungen 19a einzeln nacheinander ausgeschal tet, wobei der zeitliche Abstand der Schalt bewegung, je nach der Höhe der Überlastung grösser oder kleiner ist. Es bleibt schliesslich nur noch ein einziger Schmelzdraht von 12 A, nämlich der Schmelzdraht: 19 übrig, der unter dem Einfluss@ der seine Leitfähib- keit übersteigenden Stromstärke den gefähr deten Stromverbraucher abschaltet.
Natürlich kann bei stärkeren Überlastungen die Ab schaltung auch schon erfolgen, wenn der letzte der Schmelzdrähte 19a noch einge schaltet ist; dann schmelzen beide durch. Unter Umständen schmilzt die Sicherung 19 auch gerade in dem Augenblick, wo der Schalter .der letzten Sicherung 19a geöffnet -wird. Trotzdem dann über diesen im Aus sehaltvorgang stehenden Schalter der gesamte Betriebsstrom geht, ist das Auftreten eines Lichtbogens oder von Funkenerscheinungen an diesem Schalter nicht zu befürchten, da der zugehörige Schmelzdraht 19a, welcher die gleiche Stärke wie der Schmelzdraht 19 be sitzt, ebenfalls sofort durchschmilzt und da durch den Stromkreis unterbricht.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 bis 3 im wesentlichen nur dadurch, dass die Heizspule 16 und .die parallel ge schalteten, zum Teil mit Temperaturschaltern 23 ausgestatteten Schmelzsicherungen<B>19,19a</B> statt im Kopf des Sicherungselementes im festen Teil des letzteren, das heisst im Sockel angeordnet sind.
Dabei ist der Sockel des Elementes unterteilt, und zwar besteht er aus einer die Anschlussklemmen 2, 3 tragenden Fussplatte la und einem ,darauf befestigten Zwischenstück 1b, das an seiner Unterseite eine .mittlere Aussparung für die Aufnahme der Heizspule 16 und fünf rings um diese Aussparung angeordnete Längskanäle 18 für die Schmelzdrähte 19, 19a enthält. Die Tern- peraturschalter 23 befinden sich dabei eben falls an der Unterseite des Zwischen stückes i <B><U>b.</U></B>
Das Zwischenstück 1b enthält oben den Fusskontakt 5a mit Passring 4 für eine Diaze.dpatrone 6-und den Gewindering 7 zum Anschrauben des Elementenkopfes 8a. Die den Fusskontakt 5a tragende Schraube 26 stellt, ähnlich wie die Schraube 11 im Bei spiel nach Fig. 1 bis 3, die leitende Verbin dung zwischen der Schmelzpatrone 6 und der Spule 16 her, und sie dient ferner gleichzeitig zur Befestigung des Zwischenstückes 1b am Fuss ja.
Ihre abschrauhbare Mutter 27 be findet sich .dabei an der Unterseite der Fuss platte ja, so da,ss das Zwischenstück 1b nur dann gelöst werden kann, wenn das ganze Element von der Schalttafel abgenommen wird. Diese Einrichtung empfiehlt sich dann, -wenn nicht nur die Schmelzpatrone 6, son dern auch die übrigen Teile der Schutzvor richtung unverwechselbar ausgebildet werden soll. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei der Ausführung nach Fig. 1 bis 3.
Bei beiden beschriebenen Ausführungsbei spielen können die Schmelzdrähte 19, 19a und die Patrone 6 mit den bekannten Xennplätt- cben versehen sein, -welche anzeigen, ob die Sicherungen angesprochen haben und ausge wechselt werden müssen. Von diesen Kenn plättchen ist aber nur dasjenige der Schmelz patrone 6 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 von aussen sichtbar, während zur Sichtbarmachung der andern Plättchen das Element geöffnet -werden muss.
Um die sen Mangel zu beseitigen, gelangt vorteilhaft in Verbindung mit der beschriebenen Schutz vorrichtung die in Fig. 6 dargestellte Kenn vorrichtung zur Anwendung, die räumlich getrennt. von der Schmelzpatrone und den Drähten in einem seitlichen Kanal 28 des Sicherungselementes angeordnet werden kann, der eine freiliegende Schauöffnung besitzt (vergl. Fig. 5 links unten und Fig. 6). Die Kennvarriehtung besteht im Beispiel aus einem im wesentlichen keilförmigen Körper 29 aus nur wenig leitendem Stoff (einem so benannten Halbleiter), z.
B. Sebiefer, und einem biegsamen Körper 30 aus gut leiten dem Stoff, z. B. einem Metallstreifen. Diese beiden Körper sind nebeneinander in .dem Kanal 28 des Sicherungselementes derart an geordnet, dass der Metallstreifen 30 auf einem Teil seiner Länge an der vorteilhaft gewölb ten Keilfläche des Halbleiters 29 anliegt, der sich. mit seinem Rücken gegen ein Metall stück 31 stützt.
Der Metallstreifen 30 und das Metallstück 31 sind .durch die beiden Leiter 32, 33 so mit dem die Schutzvorrich- tung enthaltenden Leiter des zu schützenden Stromkreises verbunden, dass der Halbleiter und der Metallstreifen im Nebenschluss zu derjenigen Schmelzsicherung; zum Beispiel den Schmelzdrähten 19, 19a liegen, deren Zu stand kenntlich gemacht werden soll.
Sind diese Sicherungen infolge Überlastung des Stromkreises durchgeschmolzen, so fliesst ein schwacher Strom durch .den Nebenschluss- kreis. Der Stromübergang an den Berüh rungsflächen des Metallstreifens 30 und des Halbleiters 29 hat zur Folge, dass die beiden Flächen sich gegenseitig anziehen. Der Me tallstreifen 30 biegt sich infolgedessen gegen den Halbleiter 29, wobei sein oberes, umge bogenes Ende 30a, das zuvor an der Schau öffnung, 34 des Kanals 28 nicht sichtbar war, in .dieser Schauöffnung erscheint. Werden die verbrauchten Sicherungen 19, 19a durch neue ersetzt, so kehrt der Metallstreifen in folge seiner Elastizität in die ursprüngliche Stellung zurück.
Soll die Kennvorrichtung gleichzeitig auch ,den Zustand der Schmelz patrone 6 anzeigen, so wird der eine Leiter 32 des Nebenschlusskreises, wie in Fig. 7 strichpunktiert angedeutet, hinter der Schmelzpatrone 6 angeschlossen. Ein beson derer Vorteil .der beschriebenen Kennvorrich tung besteht darin, dass die die Schmelzdrähte enthaltenden Patronen oder .dergleichen all seitig geschlossen und vollkommen druckfest ausgeführt werden können.
Natürlich sind mancherlei Abänderungen der gezeichneten Beispiele, sowie auch andere Ausführungen des Erfindungsgegenstandes möglich. Zum Beispiel könnten die parallel geschalteten Schmelzdrähte 19, 19a auch so bemessen sein, ,dass jeder derselben nur einen Teil des dauernd zulässigen Betriebsstromes zu führen vermag.
Die Zahl der parallel ge schalteten Schmelzdrähte 19, 19a kann vom gezeichneten Beispiel abweichen, und die unmittelbar in den Längskanälen 18 des Ele- mentenkopfes 8 oder des Zwischenstückes 1b angeordneten Schmelzdrähte könnten auch durch kleine röhrenförmige Schmelzsicheran- gen, .die ein leichtes Auswechseln gestatten, ersetzt werden.
Die Kennvorrichtung kann statt aus einem Halbleiter und einem Voll- leiter auch aus zwei Halbleitern bestehen, von denen der eine biegsam ist. Als Halb leiter kommen hauptsächlich elektrolytisch leitende feste Körper, wie Gelatine, Haut, gewisse Papiersorten, wenn sie nicht ganz trocken! sind, und Salze, weiterhin sonstige Mineralien, besonders Schiefer, lithographi scher Stein, Achat und. dergleichen in Be tracht.
Statt im Hauptstromkreis des zu schüt zenden Stromkreises, wie bei den Ausfüh rungsformen nach Fig. 1 bis 5, können die parallel geschalteten Schmelzsicherungen 19, 19a mit ihren Temperaturschaltern 23 und der Heizspule 16 auch in einem Nebenschluss zu diesem Stromkreis liegen. Ein Beispiel hierfür ist. in Fig. 7 schematisch dargestellt. Dabei sind wieder mit 19, 19a die parallel geschalteten Schmelzsicherungen bezeichnet, von welchen ein Teil mit Temperaturschal- tern 23 ausgestattet ist, die unter dem Ein fluss einer Heizspule 16 stehen.
Die Siche rungen 19, 19a und die Heizspule 16 liegen im Nebenschluss zum zu schützenden Strom kreis. Sie sind bei geschlossenem Stromkreis durch einen ebenfalls als Temperaturschalter ausgebildeten Schalter 40, 41 kurzgeschlos sen. Der im wesentlichen aus einer Stange 41 bestehende bewegliche Teil dieses Schalters steht unter Wirkung einer Öffnungsfeder 42, wird aber dadurch in Schlussla.ge gehalten, dass die Stange 41 in einem Rohr 43 festge lötet ist, das von einer zweiten im zu schüt zenden Stromkreis liegenden Heizspule 44 umgeben ist. Beim normalen Betrieb fliesst.
der elektrische Strom hauptsächlich durch ,den Temperaturschalter 40, 41 und die Reiz spule 44, während der Nebenschluss, welcher die Schmelzsicherungen 19, 19a und die Heiz- spule 16 enthält, nur einen geringen Bruch teil des Stromes führt. Tritt eine unzulässige Erwärmung .des zu schützenden Stromkreises und damit auch der Heizspule 44 ein, so wird zunächst durch Erweichen der Lötstelle im Rohr 43 .der Schalter 40, 41 freigegeben und dann durch die Feder 42 geöffnet. Nunmehr fliesst der volle Betriebsstrom durch den -Ne- benschluss, so dass auch, die Heizspule 16 sich erwärmt.
Das hat das Auslösen der Tempe raturschalter 23 zur Folge, wodurch nach und nach die Gesamtheit .der Schmelzsiche rungen 19, 19a so geschwächt wird, dass das Abschalten des Stromkreises durch die ver bliebenen Sicherungen erfolgt, ähnlich wie dies mit Bezug auf das Beispiel nach Fig. 1 bis 3 oben ausführlich beschrieben ist.
Während die Heizspule 44 so bemessen sein muss, dass sie sich in Übereinstimmung mit dem zu schützenden Stromkreis oder Ver braucher erwärmt, ist dies bei der Spule 16 nicht erforderlich. Diese kann vielmehr im vorliegenden Falle so eingerichtet sein, dass sie sieh schon beim Durchgang .des normalen Betriebsstromes oder gar bei einer geringeren Stromstärke so erwärmt, dass die Temperatur schalter 23 ansprechen.
Die Wärmeschutzvorrichtung kann wie der, wie in den vorher beschriebenen Beispie len, eine normale Schmelz- oder Kurzschluss- patrone 6 enthalten, die bei plötzlichen star ken Überlastungen das Abschalten bewirkt, ohne da.ss die übrigen Teile der Wärmeschutz vorrichtung in Tätigkeit treten. Die parallel geschalteten Schmelzsicherungen 19, 19a, die Heizspule 16 und der Schalter 40, 41 können auf der Vorderseite der Schalttafel 45 in einem Sicherungselement untergebracht sein, während die zweite Heizspule 44 sich auf der Rückseite der Schalttafel in einem besondern Gehäuse befindet. Das die Lötstelle enthal tende Rohr 43 und die Stange 41 treten dabei durch ein Loch der Schalttafel hindurch in das Innere der Spule 44.
Die Ausführungs form nach Fig. 7 eignet sich ganz besonders zum unmittelbaren Einbau in. den zu schüt zenden Stromverbraucher, z. B. einen Motor. Dabei wird die Lötstelle des Temperaturschal ters 40, 41 unmittelbar vom Verbraucher be einflusst, indem das Rohr 47 in eine Wick lung des Stromverbrauchers hineinragt. Die Spule 44 der Fig. 7 ist dann durch eine Wicklung des Motors oder dergleichen er setzt.